开关磁阻电机磁链特性研究与实时测试系统

发布时间：2017-03-24 00:12

  本文关键词：开关磁阻电机磁链特性研究与实时测试系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在科技迅速发展的今天,电机参数测试在电机设计开发及应用中占有重要地位。开关磁阻电机因其结构简单、控制系统可靠等优点受到广泛关注,但其转矩脉动大的缺点限制了开关磁阻电机在很多领域的应用。直接转矩控制是解决这一问题的典型方法,获得精确磁链模型是优化电机控制的关键。于是,开关磁阻电机磁链建模与磁链测试的研究成为热点,但开关磁链电机的双凸极特殊结构,磁路呈非线性,且工作时易饱和,准确建模有很大难度。本文针对上述问题提出了基于特征点的建模方法和基于图形变换的模型修正方法,设计制作了电机测试平台,并进行了相应实验研究,研究证明建模与模型修正方法是可行的。根据开关磁阻电机磁链特性曲线的共同特征,利用四个特殊位置角的磁链-电流特性曲线上若干个特征点数据表达电机完整的磁链特性曲线。根据模型特征点数据,利用三次样条插值算法获得四个特殊位置角上的磁链-电流特性曲线,并采用五次多项式拟合同一电流下磁链-角度曲线。根据ANSOFT分析确定电机初始磁链模型数据,针对不同电机个体的特性差异,利用图形变换技术根据少量实测磁链数据对模型进行修正,使模型与实体电机更加匹配。修正过程中采用了遗传算法实现磁链-电流曲线的修正优化。借助MATLAB实现了开关磁阻电机磁链模型建立和修正,仿真实验表明,所建立的模型可正确描述电机磁链特性,修正后的模型误差明显减小。本文设计的测试系统包括上位机软件、基于单片机的信号检测系统、基于DSP的电机控制器、无线转矩检测仪等。电机控制器根据上位机指令控制电机工作在特定工况条件下,无线转矩检测仪检测电机瞬时转矩并利用无线通信发送至信号检测系统,信号检测系统实时采样电机在不同转子位置的电压、电流及瞬时转矩并通过USB传送至上位机。利用LabVIEW设计了上位机软件,实现人机交互界面和数据的存储、处理。借助电机实时测试平台用间接测量法测量实体电机磁链,并选取部分数据作为修正样本进行了模型修正实验。通过对新磁链模型进行泛化,观察曲面平滑程度,对比修正模型与实测数据的偏差,验证了建模和修正方法在实际应用中的可行性。
【关键词】：开关磁阻电机 磁链模型 模型修正 特征点 图形变换 遗传算法
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究意义与目的9-10
• 1.2 开关磁阻电机原理10-11
• 1.3 开关磁阻电机磁链模型的研究现状11-12
• 1.4 开关磁阻电机磁链检测技术的发展现状12-15
• 1.4.1 虚拟仪器的应用13-14
• 1.4.2 开关磁阻电机的磁链检测14-15
• 1.5 论文主要工作和结构15-17
• 第二章 开关磁阻电机的基础理论17-30
• 2.1 开关磁阻电机的基本方程17-19
• 2.2 开关磁阻电机磁链的数学模型19-24
• 2.3 开关磁阻电机磁链检测方法24-25
• 2.4 开关磁阻电机的控制算法25-30
• 2.4.1 基本控制算法25-27
• 2.4.2 基于电机磁链的控制方法27-30
• 第三章 开关磁阻电机磁链模型的建立与修正算法30-40
• 3.1 开关磁阻电机非线性磁链模型的论述30
• 3.2 特征点模型的建立30-33
• 3.2.1 插值算法31-32
• 3.2.2 用样条插值建立基于特征点的磁链模型32-33
• 3.3 特征点模型的MATLAB实现33-34
• 3.4 磁链模型的修正34-38
• 3.4.1 图形变换35-36
• 3.4.2 遗传算法的应用及改进方法36-37
• 3.4.3 利用图形变换和遗传算法修正磁链模型37-38
• 3.5 磁链模型修正的MATLAB仿真实验38-40
• 第四章 电机测试系统硬件设计40-55
• 4.1 计算机辅助的电机测试系统40-42
• 4.2 控制、检测板的设计42-47
• 4.2.1 电机驱动和信号检测电路42-46
• 4.2.2 制动器驱动电路46-47
• 4.3 电机瞬时转矩无线测量仪47-51
• 4.4 电路板抗干扰设计51-52
• 4.5 USB信号线阻抗匹配52-55
• 第五章 电机测试系统软件设计55-66
• 5.1 基于单片机的下位机软件设计55-59
• 5.1.1 基于STM32F103VCT6下位机软件设计55-57
• 5.1.2 信号采样的单片机程序设计57-59
• 5.2 基于DSP的电机驱动程序设计59-60
• 5.3 基于LabVIEW的上位机软件设计60-66
• 5.3.1 测试系统人机交互界面设计61-63
• 5.3.2 USB通信子模块设计63-64
• 5.3.3 数据存储子模块设计64-66
• 第六章 实验及其结果分析66-72
• 6.1 开关磁阻电机测控实验66-67
• 6.2 模型修正实验67-69
• 6.3 结果分析69-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 本文的研究重点和创新72
• 7.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间参与科研项目与专利80

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